Il tiering negli ambienti di storage RAID

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1 Il tiering negli ambienti di storage RAID Di Kimberly Robinson, Performance Engineer, LSI Corporation Con l avvento della tecnologia dei dischi a stato solido (SSD), l abbattimento dei costi delle memorie volatili ad alta velocità, il basso costo delle unità SATA e l affidabilità dei prodotti SAS, l organizzazione ottimale e l integrazione delle nuove tecnologie di storage sono diventate più complicate. Oggi esiste infatti l opportunità di collocare i dati hot, ad accesso più frequente, su supporti più veloci e con tempi di latenza più contenuti, lasciando invece i dati a cui si accede raramente su supporti con tempi di latenza più elevati e dai costi più bassi. Con una tale scelta a disposizione dei professionisti IT, la possibilità di utilizzare in modo innovativo metriche legate ai costi, alle prestazioni e alla capienza per determinare la collocazione ideale dei dati utente costituisce una grande opportunità. In questo articolo vedremo come la gestione a livelli (tiering) dello storage possa aumentare in modo significativo le prestazioni e l affidabilità in ambienti di storage misto, andando ad affiancarsi e a migliorare la cache del sistema operativo host ottimizzando al contempo i costi. I server odierni mettono a disposizione numerose funzionalità di diverso tipo e, anche se possiamo fare elle generalizzazioni, ogni applicazione genera un carico di lavoro con caratteristiche univoche. Inoltre, l esigenza di determinate prestazioni dipende dal carico di lavoro di quello specifico momento e dai requisiti di QOS (Quality Of Service). Nonostante gli ambienti di storage dispongano oggi di più opzioni di quante ne abbiano mai avute in passato, permettendo così un maggiore livello di personalizzazione, allo stesso tempo sono diventati più complessi, rendendo più difficile la gestione delle prestazioni dello spazio disponibile. Questa attività, infatti, richiede una conoscenza di numerosi elementi: le caratteristiche dell I/O applicativo, i requisiti in termini di crescita della capienza e delle prestazioni, le caratteristiche prestazionali dei dischi e delle unità di storage, le esigenze di protezione dei dati e, naturalmente, il budget aziendale. Più opzioni = maggiore controllo Gli attuali controller per lo storage dispongono di una pletora di opzioni per qualsiasi livello di budget: nuove tipologie e composizioni, funzionalità evolute, opzioni di cache avanzate, nonché diverse possibilità per ridurre i carichi di lavoro dell hardware. I processori integrati avanzati disponibili attualmente hanno reso i controller intelligenti per lo storage ancora più ricchi di funzionalità, consentendogli di estendere le loro capacità e di adeguarsi alle nuove tecnologie emergenti. 1

2 Le tecnologie dei dischi non fanno eccezione a questa esplosione di nuove opzioni. La Serial Attached SCSI (SAS) è stata progettata per integrare SATA e SAS, in modo che le due interfacce possano essere unite per creare una struttura di storage personalizzata basata sulle esigenze individuali in termini di costi e prestazioni. La popolarità della tecnologia SATA si basa soprattutto sul suo eccellente livello di costo in rapporto alla capienza, mentre dal punto di vista delle prestazioni offre solo il livello minimo oggi disponibile. La SAS offre prestazioni decisamente più elevate e una maggiore affidabilità, ma con costi più elevati. Gli SSD, infine, offrono prestazioni nell accesso casuale incredibilmente più elevate rispetto a quelle dei supporti con piatti rotanti, ma in questo caso il prezzo sale notevolmente più in alto. All oggettiva complessità si aggiungono poi i risultati prestazionali, differenti a seconda della tipologia RAID utilizzata. L ottimizzazione dei carichi di lavoro richiede la comprensione delle specifiche caratteristiche di I/O e la conoscenza di come farle coincidere con la tipologia ideale in base alle esigenze di disponibilità. Se ci focalizziamo sul RAID 10, si vede chiaramente come alcune tipologie di dischi siano particolarmente adatte a specifiche applicazioni, con gli SSD che costano in media 6,5 volte in più delle unità SAS da 6Gb/s e 15mila giri per minuto (RPM). Eppure nel mondo reale non tutte le applicazioni offrono un incremento delle prestazioni pari a 6,5 volte. 2

3 Qualunque professionista IT prima o poi si è posto questa domanda: Di quanti dischi con piatti rotanti ho bisogno per arrivare a offrire le stesse prestazioni degli SSD?. È una domanda interessante, ma bisogna tenere conto che nella pratica è molto probabile che in uno specifico momento si acceda solamente a una porzione disponibile. Partendo da questo presupposto, per decenni si sono messe a punto con successo architetture basate sulla cache. Ma che cosa accadrebbe se fosse possibile realizzare un sistema di storage con supporti diversi e con caratteristiche di prezzo e prestazioni differenti dalle attuali? Sta diventando troppo difficile I produttori di storage sanno che con la prevalenza di architetture basate su supporti non uniformi un organizzazione a livelli è la migliore soluzione possibile. Il tiering è un concetto semplice: collocate i dati utilizzati più frequentemente sulle unità più veloci che avete a disposizione, lasciando i dati a cui accedete più raramente sui supporti più lenti. Il tiering è diverso dal caching, dato che per memorizzare i dati dell utente può essere utilizzata la capienza di tutti i dischi logici che fanno parte del sistema. Questo non è un concetto nuovo, anche se solitamente non faceva parte delle strategie di gestione, ma l arrivo di una tecnologia così dirompente come quella degli SSD ha aperto la strada a nuove opportunità. Vediamo un esempio di come l organizzazione a livelli possa essere d aiuto in un ambiente database. L azienda X sta mettendo a punto un nuovo server SQL, e in base alla sua esperienza dispone delle seguenti informazioni: 4 terabyte di storage il 3% dei dati è ad accesso frequente (~ 125GB) per circa il 65% del tempo al 6% si accede a intermittenza (~250GB) per il 25% del tempo il resto è costituito da dati a cui si accede raramente per circa il 10% del tempo al database si accede con blocchi di 8KB, con un rapporto di lettura/scrittura pari a circa 2:1 per i dischi sono disponibili otto vani 3

4 4TB Dati a cui si accede raramente 250GB 125GB Dati a cui si accede a intermittenza Dati ad accesso frequente Una soluzione ideale attenta ai costi che metta a disposizione 4 TB potrebbe essere quella di creare un dispositivo logico che offra le prestazioni richieste per ciascun livello di dati, sia in termini di velocità di I/O per secondo sia in termini di tempi di risposta. Livello 3 Livello 2 Livello 1 a livelli 3 3 dischi SATA da 2TB 2 3 dischi SAS 15K da 146GB 1 2 SSD da 64GB RAID 5 $491, GB (226* 10%) = 23 RAID 5 $766, GB (615* 25%) = 154 JBOD $ GB (8.810* 65%) = ,32 Totale/Media: 8 $2.666, GB ,45 Consideriamo ora le alternative con dischi omogenei. 2,17 1,25 HDD SATA 8x 1 TB RPM RAID 10 $655, GB 931 $0,71 4

5 SSD 8x 600GB RAID 5 $52.800, GB $3,12 HDD SAS 8x 600GB 15K RPM RAID 5 $8.400, GB $4,66 Qui sotto trovate un sommario comparativo delle possibili opzioni per l infrastruttura di storage. Chiaramente, l opzione della gestione a livelli non solo permette di mantenere un costo più basso per ciascuna, ma offre una capacità di IOPS che supera di oltre sei volte quella di una soluzione SATA e più di tre volte quella di una soluzione esclusivamente SAS, con più capienza rispetto alle altre proposte. Costo della soluzione (I/O A livelli $ GB $0,45 Solo SATA $ GB 931 $0,71 Solo SSD $ GB $3,12 SAS 15K $ GB $4,66 Le molte soluzioni disponibili possono essere realizzate sulla base delle prestazioni, del costo, della capienza o delle limitazioni legate agli immobili. Questo è solo un esempio che evidenzia chiaramente i benefici in termini di costi ottenibili con una soluzione organizzata a livelli. Naturalmente lo stesso risultato si può ottenere con una gestione manuale, presumendo che: 1. sappiate esattamente quali sono i file che verranno utilizzati più spesso 2. abbiate la capacità di separarli fisicamente su supporti differenti 3. i dati più frequentemente utilizzati non siano transienti o dinamici Pro e contro del tiering L organizzazione a livelli è la migliore soluzione possibile. Sfruttando diverse tipologie di supporto, i costi e le prestazioni possono essere ottimizzati, salvaguardando gli immobili occupati in precedenza dai server. Tenete in considerazione che per ottenere lo stesso numero di IOPS nel database raggiungibili con il tiering indicato nell esempio ci vorrebbero oltre 50 dischi SATA, aumentando in modo significativo le esigenze energetiche e di spazi. Un intelligente gestione a livelli può consentire di ottenere un ambiente dinamico in cui i dati ad accesso più frequente vengono continuamente e automaticamente gestiti sui supporti più veloci. Questa opportunità si può presentare anche quando i dati più critici devono essere collocati su volumi a elevata disponibilità o quando l accesso ai dati avviene da luoghi geograficamente distanti e quindi è opportuno che vengano copiati su sistemi di storage locali. Nonostante i benefici del tiering, ci sono alcune controindicazioni da tenere in considerazione. Sebbene il lavoro di identificazione e adeguata memorizzazione dei 5

6 dati ad accesso frequente venga fatto automaticamente, la realizzazione di un adeguato sottosistema di storage che risponda alle attuali e future esigenze è un compito che è meglio affidare a un professionista esperto nello storage. Un altro potenziale svantaggio è che utilizzando un modello di storage gestito a livelli, anche quando un volume logico appare come unitario, in realtà potrebbe essere frammentato su gruppi di dischi fisicamente diversi. Utilizzando la protezione RAID a livello hardware, la possibilità di perdita dei dati può comunque essere ridotta. Oggi ci troviamo nel bel mezzo di una tempesta perfetta tecnologica, che comprende moltissimi elementi: un drammatico incremento delle esigenze di capienza nello storage, un numero di opzioni per i dischi mai così elevato, la richiesta di prestazioni sempre più elevate a causa delle crescente diffusione delle transazioni digitali, l aumento della densità nei sistemi di elaborazione e la necessità di una maggiore protezione del nostri asset più preziosi, ovvero i dati. La gestione a livelli consente di trarre vantaggio dai bassi costi SATA, dalla sicurezza e dall affidabilità della tecnologia SAS e dalle elevate prestazioni degli SSD. Tutto in un unica soluzione. # # # Kimberly Robinson lavora come Performance Engineer nella Storage Division di LSI Corporation, dove si è occupata dell ottimizzazione delle soluzioni di storage di livello enterprise per i principali OEM per oltre dieci anni. 6